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Wi-Fi加速改朝換代 測試挑戰逐步浮現
Wi-Fi 6的優勢與挑戰

【作者: 王岫晨】   2023年01月11日 星期三

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Wi-Fi 6,也稱為802.11ax。802.11ax是無線區域網路的下一代標準,是專為現在人人上網、萬物連網世界設計的新標準。前幾代的Wi-Fi著眼於速度,在邁入802.11ax之後,則是效率與速度並重,同時要讓眾多使用者同時享有更好的連網速度。由於Wi-Fi頻譜相當擁擠,而舊有標準在設計之初,未並將機場、體育場、公寓大樓等使用者密度較高的情境納入考量。802.11ax結合Wi-Fi與LTE兩者之特色,可提供2倍以上的流量,資料容量也可達到10倍以上。


更好的網路效率


圖一 : Wi-Fi 6可提供更好的網路效率,特別是在壅塞區域,可提供更低延遲,以及比上一代Wi-Fi更大的傳輸範圍。
圖一 : Wi-Fi 6可提供更好的網路效率,特別是在壅塞區域,可提供更低延遲,以及比上一代Wi-Fi更大的傳輸範圍。

Wi-Fi 6可提供更好的網路效率,特別是在壅塞區域,可提供更低的延遲,以及比上一代Wi-Fi標準更大的傳輸範圍。目前包括藍牙、Wi-Fi和蜂巢式物聯網是全球最流行的三大無線物聯網技術。W-Fi已被納入蘋果電腦、亞馬遜、Google、三星和其他數百家消費性物聯網企業所宣導的智慧家居Matter協定。而Wi-Fi 6規格為物聯網帶來了全新的機會,其規格也是近年來物聯網領域最重要的里程碑。


邊緣AI設備需要可靠且即時的Wi-Fi雲端連接來實現生命週期管理功能,例如透過無線更新(OTA)部署AI模型。許多AI應用需要實時混合效果,從真人動作到電腦生成的圖像或影片,例如電競和AR與VR的產業應用。設備必須處理數據並同時將數據串流。在這些應用中,高吞吐量和低延遲的無線傳輸至關重要。


目前的物聯網無線設備使用未經許可的頻譜進行連接。無論在哪裡製造,它們都需要認證與授權,但全球法規環境很複雜。而新一代的Wi-Fi 6E讓設備能夠在未經許可的6GHz頻段運行,同時也帶來了新的限制。隨著元宇宙、AR及VR應用、4k與8k電視、遠端教學與工作應用,無線網路的速度與即時性的要求,在Wi-Fi技術的演進下,得到了更好的解決方法。最佳的頻譜利用與更大的頻寬,更複雜的調變與天線設計等,當然這些也帶來設計、量產與測試的複雜度。


Wi-Fi 6為WLAN主要成長動能

根據IDC研究發現,全球企業WLAN市場在2022年第一季強勁成長,營收年成長17.1%,達到19.5億美元。企業WLAN市場的成長繼續由最新的Wi-Fi標準推動,即Wi-Fi 6或802.11ax。家用WLAN市場也持續採用Wi-Fi 6。在2022年第1季,Wi-Fi 6佔市場營收的31.4%。IDC網路基礎架構研究經理Brandon Butler表示,全球的企業繼續投資在WLAN技術上,來作為其網路和數位轉型的關鍵組成部分。同時,隨著企業在最新Wi-Fi技術中的部署,Wi-Fi 6標準也繼續成為企業WLAN市場成長的重要動力。在過去兩年因疫情導致動盪的總體經濟環境之後,隨著企業對無線連網的投資,企業WLAN市場繼續具有韌性。


IDC台灣資深市場分析師葉振男則認為,台灣企業WLAN市場呈現強勁的成長態勢,營收年成長58.9%,達到1700萬美元水準。企業市場的營收成長動能同樣建立在過去幾年的年成長率基礎上,企業客戶持續升級無線基地台至Wi-Fi 6標準是市場成長的主因之一,另一原因是過去兩年台灣製造業返鄉加大投資規模,帶動周邊相關產業在基礎設施上的加速轉型,特別是半導體上下游供應鏈。


Wi-Fi 7帶動市場加速改朝換代

聯發科技智慧聯通事業部協理葉信忠指出,Wi-Fi是連接網路的最後一哩路,從網際網路閘口、網路中繼器到電子終端,Wi-Fi的應用需求可以說是無所不在。在2019年剛推出Wi-Fi 6之後,僅三年的時間便達到50%市占率。根據Wi-Fi Alliance 2021的資料顯示,平均每個人一生會擁有超過6台Wi-Fi裝置,仍在使用中的有2.3台,且每年每人會再增加0.6個,是手機數量的三倍。統計上有63%的手機流量是由Wi-Fi來分擔,且持續增加。


在未來五年,最新的Wi-Fi 7市場將更蓬勃發展,包含半導體、相關零組件與終端產值預計達到約7,700億台幣,而次世代的無線網路Wi-Fi 7也將能帶給使用者更快的速度、更低延遲的體驗。


Wi-Fi 7的重要規格創新,包括了單晶片多重連結模式(Multi-Link Operation;MLO)。相較於Wi-Fi 6一次只能使用一個頻段,MLO可同時聚合頻段上的多個通道,在有些通道出現壅塞受到干擾情況下,資料仍可無縫傳輸,讓連網更快、更可靠。除了在網速上可以產生最高3倍於以往的加成效果,該技術也可在不同通道之間快速流暢地切換,可用於負載平衡,將重試次數的情況降至最低,有助於減少延遲。


Wi-Fi 7另一項市場競爭利器是天線的設計。無線傳輸最在乎的就是有效距離,透過多天線技術,可以增加傳輸天線,進而提供更廣的覆蓋範圍與傳輸效能,無論對講求訊號無死角的路由器,還是對於講究低功耗的行動裝置如手機等,都特別有幫助。


Wi-Fi 6的測試挑戰


圖二 : Wi-Fi 6提供了更好的傳輸效能,但也帶來新的測試挑戰。
圖二 : Wi-Fi 6提供了更好的傳輸效能,但也帶來新的測試挑戰。

安立知指出,Wi-Fi 6增加了6GHz頻段後,使現有頻譜資源較過去大幅增加3倍。隨著FCC開放了6GHz頻段作為未授權頻段,解決了過去2.4與5GHz頻段的許多問題。包括:


●支援達1.2GHz的較寬頻段,解決了擁塞問題


●最終落實以160MHz通道進行操作


●支援僅由IEEE 802.11ax裝置配置的高速、高效率網路


●支援以最新WPA3技術保護的安全網路


安立知認為,6GHz頻段具有許多明顯的優勢,然而直到現在,這一頻段還無法自由地用作WLAN資源,因為先前已將優先權分配給獲授權的系統了。為了確保高可靠性的通訊而不至於對其他服務造成干擾等問題,支援6GHz頻段的裝置必須內建自動頻率協調(Automated Frequency Coordination;AFC)功能,以便限制發射(Tx)功率和抑制干擾。


6GHz其他的問題還包括,該頻段先前一直用於無線通訊,但只有特定的通訊用途能獲得授權,而且無線產品的數量受到限制,大多數裝置在移動中也無法進行通訊。由於智慧型手機在尺寸大小、品質、電源及其他特性等方面存在很大差異,因此在受限制的6GHz區域所使用的零組件無法轉移。解決6GHz頻段設計挑戰的過程才剛剛開始,許多其他未知的挑戰未來可能還會一一浮現。開發6GHz頻段的WLAN產品仍將需要考慮以下因素:


●結合能與授權系統共存的新功能


●支援6GHz消費產品的大規模量產


●在1200MHz頻寬上實現同質的高RF性能


●支援160MHz通道頻寬


結語

Wi-Fi 6與6E剛進入市場,以額外的1.2GHz頻譜並確保更高效率的運行,然而,市場上對更高傳輸速度和更低延遲的需求有增無減。業界已著手推出下一代Wi-Fi產品,也就是IEEE 802.11be(亦即Wi-Fi 7)。Wi-Fi 7可提供高達40Gbps的傳輸速率,透過使用更寬的通道、更高的調變方式和多鏈路操作,來實現更快的傳輸速度與更低的延遲性。


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